Том 27 № 2 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Сундуков С.К., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М., Фатюхин Д.С., Кольдюшов В.К. Сравнение методов ультразвуковой обработки поверхностей, полученных послойным синтезом, на примере сплава Ti6Al4V............. 6 Кейт Н., Кулкарни А.П., Дама Й.Б. Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем................................ 29 Наумов С.В., Панов Д.О., Соколовский В.С., Черниченко Р.С., Салищев Г.А., Белинин Д.С., Лукьянов В.В. Влияние режимов аргонодуговой сварки на структуру и свойства сварных соединений из сплава ВТИ-4 (Ti2AlNb).............................................................................................................................................................................. 43 Джатти В.С., Сингараджан В., Сайятибрагим А., Джатти В.С., Кришнан М.Р., Джатти С.В. Улучшение характеристик электроэрозионной обработки сплавов NiTi, NiCu и BeCu с использованием многокритериального подхода на основе функции полезности........................................................................................................................... 57 Стельмаков В.А., Гимадеев М.Р., Никитенко А.В. Обеспечение точности формы отверстий, полученных при чистовой обработке методом растачивания............................................................................................................... 89 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Патил Н., Агарвал С., Кулкарни А.П., Сараф А., Ране М., Дама Й.Б. Экспериментальное исследование наноСОЖ на основе оксида графена при сверлении композиционного алюмоматричного материала, армированного частицами SiC, в условиях минимального количества смазочно-охлаждающей жидкости........................................ 103 Гимадеев М.Р., Стельмаков В.А., Никитенко А.В., Улисков М.В. Прогнозирование шероховатости поверхности при фрезеровании сфероцилиндрическим инструментом с использованием искусственной нейронной сети....................................................................................................................................................................................... 126 Осипович К.С., Сидоров Е.А., Чумаевский А.В., Никонов С.Н., Колубаев Е.А. Условия изготовления биметаллических образцов на основе железных и медных сплавов методом проволочного электронно-лучевого аддитивного производства.................................................................................................................................................. 142 Бабаев А.С., Савченко Н.Л., Козлов В.Н., Семёнов А.Р., Григорьев М.В. Работоспособность композиционной керамики Y-TZP-Al2O3 при сухом высокоскоростном точении термически упрочнённой стали марки 40Х........... 159 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Мамадалиев Р.А. Морфологические изменения поверхности деформированной конструкционной стали в коррозионно-активной среде............................................................................................ 174 Черниченко Р.С., Панов Д.О., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние гетерогенной структуры, сформированной деформационно-термической обработкой, на механическое поведение аустенитной нержавеющей стали...................................................................................................................................... 189 Панов Д.О., Черниченко Р.С., Наумов С.В., Кудрявцев Е.А., Салищев Г.А., Перцев А.С. Влияние холодной радиальной ковки на структуру, текстуру и механические свойства легкой аустенитной стали................................ 206 Дешпанде А., Кулкарни А.П., Анерао П., Дешпанде Л., Соматкар А. Комплексное численное и экспериментальное исследование трибологических характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ.................. 219 Воронцов А.В., Панфилов А.О., Николаева А.В., Черемнов А.В., Княжев Е.О. Влияние ударной обработки на структуру и свойства никелевого сплава ЖС6У, полученного литьем и электронно-лучевым аддитивным производством............................................................................................................................................................................... 238 Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током..................................................................................................................................................................................... 255 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 270 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 279 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 03.06.2025. Выход в свет 16.06.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 35,0. Уч.-изд. л. 65,1. Изд. № 77. Заказ 150. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 2 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 2 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Sundukov S.K., Nigmetzyanov R.I., Prikhodko V.M., Fatyukhin D.S., Koldyushov V.K. Comparison of ultrasonic surface treatment methods applied to additively manufactured Ti-6Al-4V alloy................................................................ 6 Kate N., Kulkarni A.P., Dama Y.B. A comparative evaluation of friction and wear in alternative materials for brake friction composites............................................................................................................................................................... 29 Naumov S.V., Panov D.O., Sokolovsky V.S., Chernichenko R.S., Salishchev G.A., Belinin D.S., Lukianov V.V. Microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy weld joints as a function of gas tungsten arc welding parameters............................................................................................................................................................................. 43 Jatti V.S., Singarajan V., SaiyathibrahimA., Jatti V.S., KrishnanM.R., Jatti S.V. Enhancement of EDM performance for NiTi, NiCu, and BeCu alloys using a multi-criteria approach based on utility function................................................ 57 Stelmakov V.A., Gimadeev M.R., Nikitenko A.V. Ensuring hole shape accuracy in fi nish machining using boring...... 89 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Patil N., Agarwal S., Kulkarni A.P., Saraf A., Rane M., Dama Y.B. Experimental investigation of graphene oxide-based nano cutting fl uid in drilling of aluminum matrix composite reinforced with SiC particles under nano-MQL conditions............................................................................................................................................................................. 103 Gimadeev M.R., Stelmakov V.A., Nikitenko A.V., Uliskov M.V. Prediction of surface roughness in milling with a ball end tool using an artifi cial neural network................................................................................................................. 126 Osipovich K.O., Sidorov E.A., Chumaevskii A.V., Nikonov S.N., Kolubaev E.A. Manufacturing conditions of bimetallic samples based on iron and copper alloys by wire-feed electron beam additive manufacturing......................... 142 Babaev A.S., Savchenko N.L., Kozlov V.N., Semenov A.R., Grigoriev M.V. Performance of Y-TZP-Al2O3 composite ceramics in dry high-speed turning of thermally hardened steel 0.4 C-Cr (AISI 5135)...................................................... 159 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Mamadaliev R.A. Morphological changes of deformed structural steel surface in corrosive environment......................................................................................................................................................... 174 Chernichenko R.S., Panov D.O., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of heterogeneous structure on mechanical behavior of austenitic stainless steel subjected to novel thermomechanical processing............................................................................................................................................................................. 189 Panov D.O., Chernichenko R.S., Naumov S.V., Kudryavtsev E.A., Salishchev G.A., Pertsev A.S. Eff ect of cold radial forging on structure, texture and mechanical properties of lightweight austenitic steel................................................ 206 Deshpande A., Kulkarni A.P., Anerao P., Deshpande L., Somatkar A. Integrated numerical and experimental investigation of tribological performance of PTFE based composite material.................................................................... 219 Vorontsov A.V., Panfi lov A.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.V., Knyazhev E.O. Eff ect of impact processing on the structure and properties of nickel alloy ZhS6U produced by casting and electron beam additive manufacturing........ 238 Misochenko A.A. Martensitic transformations in TiNi-based alloys during rolling with pulsed current........................... 255 EDITORIALMATERIALS 270 FOUNDERS MATERIALS 279 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 255 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током Анна Мисоченко a, * Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Малый Харитоньевский пер, 4, г. Москва, 101990, Россия a https://orcid.org/0000-0002-2885-1996, ls3216@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 2 с. 255–269 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.2-255-269 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) на основе интерметаллида TiNi обладают уникальным набором свойств, включающим в себя низкую плотность, биосовместимость, коррозионную стойкость, высокую удельную прочность, пластичность, обратимость деформации при нагреве (память формы) и при снятии нагрузки без ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 620.171.2:620.186.8 История статьи: Поступила: 11 декабря 2024 Рецензирование: 09 января 2025 Принята к печати: 10 апреля 2025 Доступно онлайн: 15 июня 2025 Ключевые слова: Сплавы на основе TiNi Импульсный ток Прокатка с током Мартенситные превращения Рентгеноструктурный анализ Стабилизация аустенита Цикличное мартенситное превращение АННОТАЦИЯ Введение. Сплавы с памятью формы на основе TiNi обладают набором свойств, включающим в себя биосовместимость, коррозионную стойкость, низкую плотность, высокую удельную прочность, термическую стабильность, память формы и сверхупругость. Большое количество исследований в настоящее время посвящают различным деформационным способам обработки таких материалов с целью повышения механических свойств и свойств памяти формы. Одним из них является пластическая деформация с одновременным действием импульсного электрического тока. Поскольку свойства памяти формы в сплавах на основе TiNi обусловлены наличием термоупругих мартенситных превращений, то представляет интерес совместное влияние на них деформации и тока. Цель работы. Исследование особенностей проявления термических и деформационных мартенситных превращений в сплавах Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 в процессе прокатки с одновременным действием импульсного электрического тока. Методы исследования. В работе проанализированы образцы сплавов Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 после прокатки с импульсным электрическим током плотностью 100 А/мм2, длительностью импульса 100 мкс и скважностью 10 до различных степеней деформации (е = 0; 0,4; 0,8; 1,2). Исследование стадийности мартенситных превращений проводилось методом дифференциальной сканирующей калориметрии при скорости нагрева/охлаждения 10 °С/мин в диапазоне температур –150…+150 °С. Фазовый состав изучен методом рентгеноструктурного анализа в CuKα-излучении при U = 40 кВ и I = 40 мА в диапазоне углов 2θ = 15…100° с шагом Δθ = 0,05° и временем экспозиции 5 с. Результаты и обсуждение. Показано, что прокатка с током приводит к проявлению двухстадийного прямого мартенситного превращения при охлаждении в обоих сплавах, а повышение степени деформации расширяет температурную область существования R-фазы. Показана возможность стабилизации высокотемпературной аустенитной В2-фазы в сплаве Ti49.2Ni50.8, а также возникновение циклично-протекающего деформационного превращения мартенсит→аустенит→мартенсит в сплаве Ti50.0Ni50.0. Обсуждаются возможные механизмы проявления этих особенностей. Для цитирования: Мисоченко А.А. Мартенситные превращения в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с импульсным током // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 255–269. – DOI: 10.17212/1994-63092025-27.2-255-269. ______ *Адрес для переписки Мисоченко Анна Александровна, к.т.н., с.н.с. Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, Малый Харитоньевский пер, 4, 101990, г. Москва, Россия Тел.: +7 916 361-48-63, e-mail: ls3216@yandex.ru нагрева (сверхупругость) [1]. Большое количество исследований в настоящее время посвящено различным деформационным способам обработки таких материалов с целью повышения механических свойств и свойств памяти формы [2, 4]. Однако традиционные методы обработки металлов давлением (ОМД) без воздействия нагрева приводят к разрушению этих сплавов, поэтому в настоящее время общепринятой технологией производства полуфабрикатов из этих сплавов является применение теплой и горячей деформации [5, 6]. В свою очередь, повышение температуры деформации ведет к снижению прочности [6, 7].
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 256 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ряд работ [8, 9] свидетельствует о возможности избежать этой проблемы при использовании импульсного электрического тока в процессе пластической деформации – электропластического эффекта (ЭПЭ). Известны исследования по применению ЭПЭ при прокатке [10, 11], волочении [12], гибке [13], микроштамповке [12, 14], вытяжке [15], осадке [16], а также широко исследовано деформационное поведение различных материалов (чистых металлов и сплавов) при растяжении [14, 17]. Особенности деформационного поведения сплавов с ЭПФ и их отличия от традиционных металлических материалов при растяжении с током показаны в [8, 18]. Исследования на образцах из TiNi при прокатке с током показали повышение деформируемости [19, 20] и механических свойств [21]. Кроме того, при использовании импульсного тока в процессе прокатки показана возможность получения наноструктуры (НС) [19] и повышения характеристик ЭПФ и сверухпругости [22]. Образование НС-состояния также отмечено в этих сплавах при электроимпульсной обработке, заменяющей традиционный постдеформационный отжиг [23]. Особенности влияния тока на структуру при различных схемах деформирования в разных металлах и сплавах описаны в [24, 25]. Отмечено, что подвод электрической и тепловой энергии обычно приводит к структурным перестройкам, таким как уменьшение плотности дислокаций [26], появление двойников [27], динамическая рекристаллизация [28], измельчение зерен [29], эволюция кристаллографической текстуры [30] и формирование ориентированных микроструктур [31, 32], а также перераспределение включений и влияние на эффекты старения [33]. Однако применительно к сплавам с ЭПФ ток также может влиять на температуры и характер проявления мартенситных превращений (МП). Возможность управления фазовыми превращениями при использовании тока в процессе деформации прокаткой показана в [34]. В работе проведено сравнение проявления МП в сплаве TiNi после холодной прокатки и прокатки с импульсным током. При использовании тока отмечается меньшая интенсивность деформационных процессов (релаксационный механизм). Так, например, показано, что холодная прокатка сплава может приводить к подавлению МП, а использование тока при той же степени деформации способствует его проявлению. Хотя нагрев при прокатке с током (при плотности не более 100 А/мм2, скорости 5 см/сек и длине образца 10 см) сплавов TiNi не превышает 50…70 °С [35], является локальным и незначительным для прохождения процессов динамической рекристаллизации, эта температура может оказать существенное влияние на протекание МП, которые являются основной характеристикой сплавов с памятью формы. Целью работы является исследование особенностей проявления мартенситных превращений, в том числе деформационных, в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с током. Для достижения данной цели в процессе исследования решались следующие задачи: – проведение и анализ калориметрических исследований термических мартенситных превращений в сплавах Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 после прокатки с импульсным током до различных деформаций; – анализ деформационных мартенситных превращений методом рентгеноструктурного фазового анализа в сплавах Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 в процессе прокатки с импульсным током; – анализ структурных состояний в сплавах Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 в процессе прокатки с импульсным током. Методика исследований Исследование проводилось на горячекатаных прутках из сплавов Ti50.0Ni50.0 и Ti49.2Ni50.8 диаметром 6 мм и длиной 100 мм. Средний размер зерна в исходном закаленном состоянии составил 30 мкм для Ti50.0Ni50.0 и 60 мкм для Ti49.2Ni50.8. После закалки (800 °C / вода) при комнатной температуре (Тк) сплавы имели преимущественную структуру В19ˊ мартенсита и аустенита В2 соответственно. Характеристические температуры сплавов приведены в таблице. Образцы подвергали прокатке с током при комнатной температуре до достижения истинной деформации e = 0,4; 0,8 и 1,4 (e = lnS0/Sf, где S0 и Sf – начальная и конечная площади поперечного сечения до и после деформации соответственно). Прокатку вели на прокатном стане с калиброванными валками при разовом обжатии за проход 50 мкм со скоростью движения образца в кали-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 257 MATERIAL SCIENCE брах 5 см/с. Размер калибров варьировался от 1 до 7 мм. Прокатный стан был оснащен генератором импульсного тока. Подача импульсов тока осуществлялась с помощью скользящего контакта (отрицательный полюс) до зоны деформации и одного из валков (положительный полюс) (рис. 1) с частотой 1000 Гц и скважностью 10. Характеристические температуры мартенситных превращений Characteristic temperatures of martensitic transformations Сплав / Alloy Исходная обработка / Initial processing Прямое мартенситное превращение В2→B19ˊ / Direct martensitic transformation В2→B19ˊ Обратное мартенситное превращение B19ˊ →В2 / Reverse martensitic transformation B19ˊ →В2 Фазовый состав при Тк / Phase composition at room temperature Мн, °С / Ms, °С Мк, °С / Mf, °С Ан, °С / As, °С Ак, °С/ Af, °С Ti49.2Ni50.8 Закалка (вода) 800 °С (1час) −5° −37 −5 17 аустенит В2 Ti50.0Ni50.0 45 25 58 77 мартенсит В19′ Мн, °С / Ms, °С – температура начала прямого МП (В2→В19ˊ) / Direct martensitic transformation (B2→B19’) start temperature; Мк, °С / Mf, °С – температура конца прямого МП / Direct martensitic transformation fi nish temperature; Ан, °С /As, °С – температура начала обратного МП (В19ˊ→В2) / Reverse martensitic transformation (B2→B19′) start temperature; Ак, °С/Af, °С – температура конца обратного МП / Reverse martensitic transformation fi nish temperature. Рис. 1. Схема подачи тока на образец: 1 – валки прокатного стана; 2 – цилиндрический образец; 3 – подающий стол (скользящий контакт); 4 – источник импульсного тока; 5 – линии тока Fig. 1. Schematic of current supply circuit: 1 – mill rolls; 2 – cylindrical sample; 3 – feed table (sliding contact); 4 – pulsed current source; 5 – current lines Амплитудная плотность тока составляла j = 100 А/мм2, длительность импульса 100⋅10−6 с. Температура нагрева образца током контролировалась с помощью термопары алюмель-хромель при пропускании тока, но без деформации, и составила не более 50…70 °С. Образец находился под током не более 2 секунд. После каждого этапа образцы охлаждали в воде, чтобы избежать дополнительного нагрева током. При необходимости после прокатки проводился постдеформационный отжиг при температуре 450 °С в течение 1 часа. Температуры и характер проявления термических мартенситных превращений изучали методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) на аппарате Mettler Toledo 822e. Калориметрические кривые были получены в диапазоне температур от –150 до 150 °С со скоростью нагрева/охлаждения 10 °С/мин. Деформационные мартенситные превращения анализировали путем проведения фазового анализа в отобранных в процессе прокатки с током образцах. Рентгеноструктурный фазовый анализ был выполнен на рентгеновском дифрактометре ARL X’TRA (Швейцария) в CuKα-излучении в диапазоне углов 2θ = 15…100° с шагом Δθ = 0,05° и временем экспозиции 5 с при напряжении U = 40 кВ и силе тока I = 40 мА.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 2 2025 258 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Качественная оценка полученных картин проводилась с помощью пакета компьютерных программ WinXRD (программное обеспечение ARL X’TRA) путем сравнения с базой данных Международного центра дифракционных данных (ICDD) PDF-2 [36]. Оценка структурных состояний после прокатки выполнялась с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на микроскопе JEM 2100 высокого разрешения фирмы JEOL (Япония) при максимальном ускоряющем напряжении 200 кВ. Результаты и их обсуждение Калориметрические исследования фазовых переходов сплава Ti50.0Ni50.0 после прокатки с импульсным электрическим током в отожженном состоянии (450 °С) показали наличие двухстадийного МП через промежуточную R-фазу (рис. 2, а). Хотя эта фаза является характерной для сплавов, обогащенных никелем [37], ряд авторов наблюдает ее и в сплавах Ti50.0Ni50.0, объясняя ее наличие высокими внутренними напряжениями, например, после термоциклирования [38] или пластической деформации [39]. В сплаве Ti49.2Ni50.8 R-фаза наблюдается сразу после отжига в недеформированном состоянии и связана с наличием характерных для этого состава частиц Ti3Ni4 [37]. При этом после прокатки с током не наблюдается смещения температур начала МП (В2→R), однако заметно смещение перехода R→B19ˊ (рис. 2, б). Этот эффект расширения температурной области существования R-фазы под действием импульсного тока наблюдается также при сравнении фазовых переходов с исходным недеформированным состоянием. Особенностью сплавов на основе TiNi является проявление мартенситного перехода (МП) не только при охлаждении и нагреве, но и в процессе деформационного воздействия [37]. Согласно рентгеноструктурному анализу все пики дифрактограммы в исходном закаленном состоянии в этом сплаве соответствуют мартенситной фазе B19ˊ с моноклинной решеткой (рис. 3, а). Холодная прокатка без тока приводит к обратному мартенситному переходу – основной фазой становится В2-аустенит, пики от мартенсита присутствуют в небольшом количестве (рис. 3, б). Такое проявление обратного деформационного МП является характерным для сплава в мартенситном состоянии при больших степенях деформации [40] и связано с повышением плотности дислокаций, приводящей к стабилизации аустенита [41]. Впервые обратное превращение мартенсит→аустенит под действием деформации наблюдали в [42], позже оно было подтверждено в [43]. При этом данное превращение наблюдается при больших пластических деформациях и предшествует началу деформационной аморфизации. Причиной авторы видят переход от механизмов скольжения и двойникования к ротационным модам деформации. По мнению а б Рис. 2. Фазовые переходы в сплавах Ti50.0Ni50.0 (а) и Ti49,2Ni50,8 (б) после прокатки с импульсным током в отожженном состоянии (450 °С) Fig. 2. Phase transitions in Ti50.0Ni50.0 (а) and Ti49.2Ni50.8 (б) alloys after current-assisted rolling in the annealed state (450 °C)
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 2 2025 259 MATERIAL SCIENCE [40], В2-фаза является более устойчивой к большим деформациям, в то время как В19′ способна к разупорядочению при накоплении дефектов кристаллического строения. При прокатке с импульсным током до небольшой степени деформации (е = 0,4) в сплаве Ti50,0Ni50,0 также наблюдается обратное деформационное превращение мартенсит В19′ → аустенит В2, основной фазой становится В2 (рис. 4). Помимо указанных выше причин следует отметить, что в настоящей работе не исключена также возможность локального кратковременного разогрева электрическим током. Поскольку характеристические температуры МП являются чувствительными даже к небольшому разогреву, а температура Ак в образцах после прокатки не превышает 58 °С (рис. 2, а), то локального кратковременного нагрева может оказаться достаточно для перехода мартенсит В19′ → аустенит В2. Дальнейшее повышение деформации сплава Ti50,0Ni50,0 при прокатке с импульсным электрическим током до 0,8 приводит к повышению напряжения в образовавшейся аустенитной фазе, что является механизмом проявления прямого МП (аустенит В2 → мартенсит В19′). При этом заметно увеличение доли мартенситной фазы, проявляющееся в повышении относительной интенсивности соответствующих этой фазе пиков на дифрактограмме (рис. 4). Последующее повышение деформации до е = 1,4 приводит к тому, что основной пик от В2-фазы вновь становится наиболее выражен. То есть имеет место обратное деформационное МП из ранее образованного мартенсита, механизмы которого доа б Рис. 3. Результаты рентгеноструктурного анализа сплава Ti50,0Ni50,0 после закалки (а) и холодной прокатки без тока до е = 0,7 (б) с наложением табличных данных соответствия фазе B19ˊ (зеленые линии) Fig. 3. X-ray diff raction analysis results for Ti50.0Ni50.0 alloy after quenching (а) and cold rolling without current to ε = 0.7 (б) with the overlay of tabular data corresponding to the В19ˊ phase (green lines)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1